高层建筑地下室结构设计中常见问题的分析

钱辉晖 冯奇

摘要：随着我国建筑行业的迅猛发展及工程项目施工管理制度越来越完善，高层建筑已成为国内建筑的主流趋势，现可随处见到高层的住宅及商业，办公楼。由于高层建筑垂直高度较大，规范对基础埋深做了相应的规定，这使一般高层建筑都会设计地下室（甚至多层地下室）。所以对地下室的设计一旦不合理，不仅会影响到建筑物的正常使用功能，而且还会对整体工程的造价带来较大的影响。基于此，下文就地下室结构设计中常见问题展开分析与探讨。

关键词：高层建筑；地下室结构设计；常见问题

前言

随着建筑业的不断发展，地下空间开发利用成为现在建筑和城市交通发展的趋势，在实际建设过程中，由于受到使用功能和结构需要的限制，大多数建筑在施工过程中，都进行设置地下室，且建筑层数也在不断增加，这种建筑结构的发展趋势是向地下多层发展。因此，防水和施工对地下室的影响，已经成为建筑工程的重点。由于在地下室的建设过程中，具有比较高的隐蔽性，也具有特殊的环境，所涉及的施工工种也比较多。如不多加重视，就会出现重大质量问题。所以，在地下室的建设过程中，对地下室结构的设计，要有具体严格的要求。

一、地下室层高及柱网的确定

地下室层高的选取是一项非常重要的工作，其在很大程度上影响着地下室的经济性。地下室层高对基坑维护的设计、地下室抗浮水位的取值都有直接的影响，甚至影响到采用具体的抗浮措施。具体可以采取下列几项措施来进行地下室层高的优化处理： 首先，应该配合建筑设计方案，考虑顶板覆土厚度等综合因素采取合理的柱网，地下室柱网的排布有多种多样，如8.1x8.1，8.1x5.7，5.7x5.7等等。柱网的布置直接影响到地下室顶板梁的布置方式，从而决定了顶板梁高的取值。对于顶板覆土厚度的确定主要考虑两个方面的因素，一个是给排水专业雨污水管道的铺设，还有一个是景观专业植被种植的具体需要。

除了对结构梁高合理的控制（保证梁高取值的经济性）；还应综合考虑别的各种因素，如对消防管道进行严格地设置，这样能够减低地下室层高；通风管道应该沿着车位内侧或者是墙角进行布置，避免布置在通道的位置上，来进一步提高通道的净高效果；还需控制地下室底板面层等等，综合建筑，结构，设备各个方面，在满足各种功能的前提下将地下室的层高降到最小值。

二、地下室设计中的变形缝与后浇带

对于高层建筑的地下室来说，比较常见的变形缝主要包括以下二种： 温度伸缩缝、沉降缝。随着建筑市场的发展，现在的地下室都比较长，有300多米，甚至400多米长，这些超长地下室若只用后浇带来处理的话，后期往往会因为混凝土的温度伸缩或是其他原因使底板和顶板开裂，所以在这种超长地下室中，往往需要设置伸缩缝来消除地下室因温度伸缩而使地下室开裂甚至于破坏。除了设置温度伸缩缝外，因为高层塔楼基础与地下室基础型式往往不一样，所以防止由于沉降的差异太大而造成高层塔楼和地下室交界处开裂破坏，我们经常在高层塔楼周边设置沉降缝。建筑体在沉降缝位置的地方应该从上部至基础全部断开，把建筑整体分为若干个部分，进而确保各个部分的沉降都能够保持均匀。对于任何工程项目来说，设置任何一道缝都需经过周全的思考，因为对任何一个高层建筑的地下室来说，防水要求是最基本的，但是变形缝的设置恰恰是防水最为薄弱的一个环节，一旦没有处理到位将会导致地下水渗漏现象的发生。所以，在进行地下室设计的时候，应该尽量有效地避免变形缝的设置。

《高规》当中也作出了规定，指出了高层建筑的地下室不适合进行变形缝的设置。所欲通常情况下，地下室都会进行温度后浇带以及沉降后浇带的设置。温度后浇带主要目的在于把混凝土硬化过程中的温度应力释放出来，进而达到有效控制以及减少混凝土初始裂缝的目的。所以，在《高规》当中指出，在地下室大于伸缩缝的最大距离需求的情况下，应该每间隔30～40m的距离进行温度后浇带的设置，而在主楼周边，我们经常设置沉降后浇带来替代沉降缝的设置，以防止塔楼与地下室的不均匀沉降。需要注意的是，施工后浇带的设置需要贯通地下室顶板、外壁以及外墙。后浇带的设置一定要尽量避开梁板的最大受力位置，通常情况下，都将其设置于柱距的三等分线周边的位置。而温度后浇带浇筑的时间一般要求在60d以后进行，沉降后浇带，往往需要等待主楼结顶后才浇筑。

三、地下室外墙的结构设计问题

地下室外墙对于地下室的重要作用是不言而喻的，对于地下室结构设计来说，地下室外墙发挥着举足轻重的作用。设计应该注意以下几个方面的内容。

1.荷载取值问题

地下室外墙承受了多方面的荷载，包括上部顶板传来的竖向荷载以及水平荷载。然而，在对地下室外墙进行结构设计的时候，通常情况下，上部结构竖向荷载所产生的结果不会起到決定性的因素，起着控制性作用的还是由于水平荷载所产生的内力。而墙体配筋应该考虑到垂直于墙面的水平荷载形成的弯矩。对于静止土压力系数需要结合具体的试验进行确定。如果实在无法开展试验，可将黏性土的值确定为0.5-0.7，黏土值可以确定为0.34-0.45。总的来说，在计算地下室外墙的时候，作用在地下室外墙上的水平力可归结为：土压力，车辆轮压引起及土面以上的堆载形成的侧向压力以及水压力，主要的竖向压力为：上部结构传来的竖向荷载和挡土墙的自重等。对于混凝土外墙来说，我们要对其的受弯及受剪承载力极限状态进行验算。在正常使用阶段，还需验算平面外扰度及关键部位的裂缝计算。

2.地下室外墙与基础底板配筋问题

地下室外墙与其相连的基础之间是共同受力的连续构件，基础也同样承受地下室外墙的墙底弯矩，所以在计算底板配筋时，例如筏板或条形基础加防水板时，筏板边及条基的厚度及相应的配筋应能满足承载地下室外墙墙底的弯矩。由于基础受力钢筋的混凝土保护层厚度（一般有垫层时是40mm，无垫层时是70mm）要大于地下室外墙的保护层厚度（根据环境类别的不同，一般为15mm～25mm），所以在构造上，基础的厚度应不小于地下室外墙的厚度+50mm。

3.地下室室框架柱作为地下室外墙的扶壁柱时，采用的基础型式

由于在地下室计算模型中，程序往往不考虑柱轴力的扩散，将柱荷载直接传至基础顶板，使得柱底集中力过大，若采用独立基础的话，将导致局部基础面积很大，高度很高。其实在施工时，地下室外墙与框架柱都是同时浇筑的，计算的时候应考虑地下室外墙对框架柱竖向荷载的扩散作用（一般从墙顶起按45。）扩散，所以可将框住柱及混凝土外墙承担的竖向荷载折算为扩散范围内的均布荷载考虑（当墙高较大时，计算的扩散范围大于柱距时，应取扩散范围=柱距），所以一般情况下，对于地下室外墙下的基础，一般情况下应取条形基础，不宜采用柱下独立基础。

结语

上文主要针对高层建筑地下室结构设计中的问题进行讨论。总之，通过加强地下室建筑的方式，可以最大限度地利用地下空间，进一步提高地下工程的质量，使得整个建筑的质量得到有效地提高，促使工程建设规划科技水平的进一步提高，有效地提高地下城市空间开发利用价值。

参考文献：

[1]GB50108-2008《地下工程防水技术规范》[S].北京： 中国建筑工业出社.2012.